第2章 小信号选频放大器 —概述 通信系统组成框图 解调 调制

第2章 小信号选频放大器 —概述 接收天线所感应的高频信号是很微弱的，一般只有几微伏到几毫伏，而接收设备内解调器的输入电压，最好能达到 1 伏左右，这就要求接收机对高频信号的放大能力要达到几千倍 到10万倍左右。

第2章 小信号选频放大器 —概述 另外接收机天线所感应的信号，除了有要接 收的有用信号外，还有许多不需要的信号（称干 第2章 小信号选频放大器 —概述 另外接收机天线所感应的信号，除了有要接 收的有用信号外，还有许多不需要的信号（称干 扰信号），显然如果采用没有选择性的放大器进 行放大，势必使要接收的信号被淹没在其它干扰 信号中。为了解决这个问题，通常在放大器中接 入选频网络。这样构成调谐放大器，不仅具有放 大作用，而且有选频能力。 选频网络可以用 LC谐振回路组成，也可以 由集中选频滤波器构成。

第2章 小信号选频放大器 主要内容： LC谐振回路 小信号谐振放大器 集中选频放大器

2.1 LC谐振回路—概述 LC 谐振回路是高频电路里最常用的选频网络，包括并联回路和串联回路两种结构类型。

2.1 LC谐振回路—概述 所以，LC谐振回路虽然结构简单，但是在高频电路里却是不可缺少的重要组成部分，因此本章先介绍LC并联谐振回路的基本特性。

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 一、并联谐振回路的阻抗频率特性 　　　　图2.1.1 并联谐振回路

2.1.1　并联谐振回路的选频特性 　1) 并联谐振回路的等效阻抗Z: 通常r很小,当r＜＜ωL ,Z可用下式表示 :

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 2)并联谐振回路谐振时的等效阻抗,简称谐振电阻 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 2)并联谐振回路谐振时的等效阻抗,简称谐振电阻 当 时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的等效阻抗为纯电阻且最大,从式(2.1.2)可得:　

2.1.1　并联谐振回路的选频特性 3)并联谐振回路的谐振频率 当 时,称并联回路谐振,此时并联谐振回路谐振的谐振频率　 : 或

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 在LC谐振回路中,为了评价谐振回路损耗的大小,引入了品质因数Q,通常称为Q值. ⑴ Q值的定义: 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 4)品质因数Q,简称Q值 在LC谐振回路中,为了评价谐振回路损耗的大小,引入了品质因数Q,通常称为Q值. ⑴ Q值的定义: 谐振回路谐振时的感抗(或容抗)与回路等效损耗电阻r之比,即 将式(2.1.4)代入式(2.1.5),则得

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 ⑵品质因数Q与并联谐振电阻 的关系 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 ⑵品质因数Q与并联谐振电阻 的关系 一般LC谐振回路的Q值在几十到几百范围内,Q值越大,回路的损耗越小,其选频特性就越好。将式(2.1.6)代入(2..1.3)可得

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 将式(2.1.3)、(2.1.4)、(2.1.5)代入(2.1.2)可得并联谐振回路阻抗频率特性电性: 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 5)并联谐振回路阻抗频率特性 将式(2.1.3)、(2.1.4)、(2.1.5)代入(2.1.2)可得并联谐振回路阻抗频率特性电性: (2.1.8)

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 6)并联回路阻抗频率特性和相频特性 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 6)并联回路阻抗频率特性和相频特性 通常，谐振回路主要研究谐振频率 附近特性。由于 十分接近 ，故可以近似认为 ， ，并令 ，则式(2.1.8)可写成 (2.1.9)

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 ⑴幅频特性 (2.1.10) ⑵相频特性 (2.1.11) 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 则并联谐振回路的阻抗频率特性和相频特性可分别为： ⑴幅频特性 (2.1.10) ⑵相频特性 (2.1.11)

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 图2.1.2 并联谐振回路特性曲线 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 ⑶根据式(2.1.10)和式(2.1.11)可作出并联谐振回路的幅频特性曲线(a)和相频特性曲线(b) 图2.1.2 并联谐振回路特性曲线

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 ⑷由图可见，并联谐振回当 ，即谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，相移 。 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 ⑷由图可见，并联谐振回当 ，即谐振时回路阻抗最大且为纯电阻，相移 。 时，阻抗下降，相移增大。当 ＞ 时，回路呈容性，相移 为负值，最大趋于负90°；当 ＜ 时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90°。取不同的 值，可以作出不同的阻抗频率特性曲线和相频特性曲线，如图(2.1.2)所示。并且， 值大， 就大，阻抗频率特性曲线更尖锐，相移曲线在谐振频率附近变化更陡峭。

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 1、电压谐振曲线 二、并联谐振回路的通频带和选择性 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 二、并联谐振回路的通频带和选择性 1、电压谐振曲线 当维持信号源 的幅值不变时，只改变其频率，并联回路两端电压 变化规律与回路阻抗频率特性相同。则 (2.1.13)

2.1.1　并联谐振回路的选频特性 1)输出电压的幅频特性 (2.1.14) 2)输出电压的相频特性 (2.1.15）

2.1.1　并联谐振回路的选频特性 3)电压谐振曲线 图2.1.3 并联谐振回路输出电压调谐曲线 （b）相频特性 （a）幅频特性

2.1.1　并联谐振回路的选频特性 2、通频带 1)通频带的定义 当占有一定频带宽度的信号在并联回路中传输时，由于幅频特性曲线的不均匀性，输出电压便不可避免产生频率失真，为了限制谐振回路频率失真的大小而规定了谐振回路的通频 带。当 值由最大值 1 下降到 0.707 时，所占有的频带宽度 就是回路的通频 带，用 表示。

2.1.1 并联谐振回路的选频特性 2)通频带的表达式 (2.1.16) 2.1.1　并联谐振回路的选频特性 2)通频带的表达式 (2.1.16) 式(2.1.16)说明，回路Q值越高，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄；回路谐振频率越高，通频带越宽。

2.1.1　并联谐振回路的选频特性 3、选择性 选择性是指回路从含有各种不同频率信号总和中选出有用信号、抑制干扰信号的能力。回路的谐振曲线越尖锐，对无用信号的抑制能力就越强，选择性就越好。一般谐振回路工作在所需信号的中心频率上。 选择性可用通频带以外无用信号的输出电压 与谐振时输出电压 之比来表示， 越小，说明谐振回路抑制无用信号的能力越强， 选择性越好。

2.1.2 阻抗变换电路 一、信号源及负载对谐振回路的影响 2.1.2　阻抗变换电路 一、信号源及负载对谐振回路的影响 在实际应用中，谐振回路一定和信号源及负载相链接，信号源的输出阻抗和负载阻抗都会对回路产生影响，它们不但会使回路的等效品质因数下降，选择性变 差，同时还会使谐振回路 的谐振频率发生偏离。图 2.1.5 为一实用的并联谐 振回路， 信号源内阻， 负载电阻。

2.1.2　阻抗变换电路 将图2.1.5(a)中的电压源用电流源代替，将L、r串联电路用 L、Rp 并联电路代替，则图2.1.5(a)可变换成图2.1.5(b),从图2.1.5(b),可以更清楚地 看出 Rs、 对谐振回路的 影响。

2.1.2 阻抗变换电路 将图2.1.5(b)中的所有电阻合并为R e, 即 ∥ ∥ 因此，可把 图2.1.5(b) 简化为 2.1.2　阻抗变换电路 将图2.1.5(b)中的所有电阻合并为R e, 即 ∥ ∥ 因此，可把 图2.1.5(b) 简化为 图2.1.5(c)。

2.1.2　阻抗变换电路 有载品质因数和空载品质因数 由图2.1.5(c)，可知 就是考虑了 、 影响后并联谐振回路的等效谐振电阻。由 可求得等效并联谐振回路的品质因数，将其称为有载品质因数，用 表示。而把前面所学的不虑 、 等影响的回路品质因数称为空载品质因数或固有品质因数，用 表示。由式(2.1.7)可得(2.1.21)式 (2.1.21)

2.1.2 阻抗变换电路 由于 ＜ ，所以 ＜ ， 、 越小 也越小，则 下降就越多，回路的选择性就越 差，而通频带却变宽了。 2.1.2　阻抗变换电路 由于 ＜ ，所以 ＜ ， 、 越小 也越小，则 下降就越多，回路的选择性就越 差，而通频带却变宽了。 二、常用的阻抗变换电路 为了减少信号源及负载对谐振回路的影响，除了增大 、 外，还可以采用阻抗变换电路。常用的阻抗变换电路有变压器、电感和电容分 压电路等。

2.1.2　阻抗变换电路 1) 变压器阻抗变换电路 图 2.1.6 为变压器阻抗变换电路。设变压器为无损耗的理想变压器， 为变压器一次绕组匝数， 为变压器二次绕组 匝数，则变压器的匝比 为 (2.1.22)

2.1.2 阻抗变换电路 2) 电感分压器阻抗变换电路 图2.1.7为电感分压器阻抗变换电路，也称自耦变压器阻抗变换电路。1－3输入端，负载 2.1.2　阻抗变换电路 2) 电感分压器阻抗变换电路 图2.1.7为电感分压器阻抗变换电路，也称自耦变压器阻抗变换电路。1－3输入端，负载 接于2－3输出端。 1－2匝数为 电感量 为 ，2－3匝数 电 感量为 ， 互感量为 M。设 、 是无损耗 的， ＞＞ 时，自耦 变压器的匝数比 等于

2.1.2　阻抗变换电路 则负载 折算到一次 绕组的等效电阻 为

2.1.2 阻抗变换电路 3) 电容分压器阻抗变换电路 图 2.1.8为电容分压器阻抗变换电路。 、 为分压电容， 为负载电阻， 是经变换后 2.1.2　阻抗变换电路 3) 电容分压器阻抗变换电路 图 2.1.8为电容分压器阻抗变换电路。 、 为分压电容， 为负载电阻， 是经变换后 的等效电阻。 设 、 无损耗，根 据 和 上消耗的功率 相等，即 可得

2.1.2　阻抗变换电路 式中， 。所以 当 时，可得 由此可得

2.2 小信号谐振放大器 1、什么是谐振放大器？ 采用调谐回路作为负载的放大器。 选频或滤波是其基本特点。

2.2 小信号谐振放大器 2、主要性能指标 ①谐振电压增益Au0—放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。 2.2 小信号谐振放大器 2、主要性能指标 ①谐振电压增益Au0—放大器在谐振频率上的增益，衡量对有用信号的放大能力。 ②通频带BW0.7—放大器电压增益下降到谐振电压增益的0.707倍时所对应的频率范围。 ③选择性

2.2 小信号谐振放大器 3、单级单调谐放大器 图2.2.1 单调谐放大器 集电极负载为LC并联谐振回路

单级单调谐放大器的性能： 谐振频率： 其中：C∑为等效的回路总电容。（考虑晶体管输出电容） 通频带： 其中：Qe为回路的有载品质因数。

多级单调谐放大器的性能： 4、多级单调谐放大器的性能指标 Au Au1 Au2 Au3 ••• Aun (Au1)n = = ① 电压增益： ① 电压增益： 如果有n级且各级谐振频率相同, Au Au1 Au2 Au3 ••• Aun (Au1)n = 则 = ② 通频带：

2.3 集中选频放大器 1、集中选频放大器的组成 第一种形式 第二种形式

2.3 集中选频放大器 2、集中选频滤波器 (1) 陶瓷滤波器 1) 陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应” 2.3 集中选频放大器 2、集中选频滤波器 (1) 陶瓷滤波器 1) 陶瓷片的“压电效应”与“反压电效应” 2) 两端陶瓷滤波器（外形及符号） 两个谐振频率：

2.3 集中选频放大器 3）三端陶瓷滤波器 实物图：

2.3 集中选频放大器 (2)声表面波滤波器(SAWF) 实物图：

声表面波滤波器应用实例： V1是预中放部分，起前置放大作用； Z1为SAWF起集中选频作用； TA7680AP为彩电图像中频放大器IC。

本章小结 LC谐振回路具有选频作用。回路谐振时，回路阻抗为电阻且为最大，可获最大电压输出；当回路失谐时，回路阻抗迅速下降，输出电压减小。回路的品质因数越高，回路谐振曲线越尖锐，选择性越好，但通频带越窄。 LC并联谐振回路在谐振时，相移为零；失谐时，当 ＜ 时，回路呈感性，相移为正值，最大趋于90°；当 ＞ 时，回路呈容性，相移为负值，最大趋于－90°。

本章小结 信号源、负载不仅会使回路的有载品质因数下降，选择性变坏，而且还会使回路谐振频率产生偏移。为了减小信号源和负载对回路的影响，常采用变压器、电感分压器和电容分压器的阻抗变换电路。 小信号谐振放大器是一种窄带放大器，由放大器和谐振负载组成 ，具有选频或滤波功能。按谐振负载的不同，可分为单调谐放大器、双调谐放大器等。

本章小结 小信号谐振放大器主要技术指标有谐振增益、选择性和通频带。通频带和选择性是互相制约的，用以综合说明通频带和选择性的参数是矩形系数，矩形系数越接近于1越好。 单调谐放大器的性能与谐振回路的特性有密切关系。回路的品质因数越高，放大器的谐振增益就越大，选择性越好但通频带会变窄。在满足通频带的前提下，应尽量使回路品质因数增大。不过单谐振放大器的矩形系数 比1大得多，所以其选择性比较参。

本章小结 由于晶体管寄生电容的影响以及不可避免的外部寄生反馈，再加上谐振回路阻抗大小和性质随频率剧烈变化，会使谐振放大器工作不稳定，因此应采取一定的措施来保证放大器工作的稳定性，例如不追求获得最大的放大量、采用中和电路和共射－共基电路等。 集中选频放大器是由集中选频滤波器和宽带放大器组成。常用的集中选频滤波器有陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。它们具有接近理想的矩形系数、性能稳定可靠、调整方便等优点，因此获得了广泛的应用。